用于精密电流互感器纳米晶合金铁芯及其制造方法 本发明涉及一种电感器铁芯，特别是公开一种精密电流互感器纳米晶合金铁芯及其制造方法，属基本电气元件。
电气行业中，大家熟知的用在精密电流互感器的铁芯，由于使用要求，对铁磁材料的性能要求高，初始磁导率μ0≥5×104，低矫顽力和中等磁饱和值Bs在≤1.0T左右，这种特性坡莫合金一直是最适合的铁芯材料，然而坡莫合金价格昂贵，应力敏感，生产周期长，从商品角度讲有不经济的缺点。八十年代后期，日本专利公开了纳米晶合金技术，其合金组分Fe73.5CU1Nb3Si13.5B9，这种纳米晶合金的优良磁性，吸引了大量的科研开发研究，其中包括合金成份组织结构，各向异性工艺技术及实际应用等等，尽管如此要实现大量稳定的产品生产，难题很多，它们主要表现在1)纳米晶合金热处理温度难以控制，产品合格率低下。2)初始磁导率不高，产品一致性差。3)合金的韧性差，环绕以上三方面的不足之处，以后的国外文献有报导纳米金合金在提高热处理工艺稳定性方法和提高合金磁导率方法以及提高淬态非晶带材韧性的方法的研究，例如日本公开特许公报(平3-146615，1991-06-21)及(平1-290744，1989.11.12)，它们的一些大量的实验室研究，虽然得到许多十分有用的实验数据，但作为指导大规模的产品生产来说，实验室数据显得明显地不足，也就是说专利提出的优良磁性要付诸为大规模制品，其差距很大。
本发明的目的，是公开一种用于精密电流互感器纳米晶铁芯及其制造方法，使纳米晶铁芯的初始磁导率μ0≥5万，磁饱和值Bs≤1.0T，纳米晶铁芯的电流互感器应用在110KV、220KV线路，测量精度0.2级以上，仪表保安因子Fs≤5。
本发明是这样实现目的的，作为测量级电流互感器铁芯，其材质应具有高导磁率，较高磁饱和高电阻率，其使用特性应包括工艺简便，价格合理，受温度、振动、应力影响后的稳定性好，规模生产其产品质量重演性好，按生产流程组成一条龙配套生产线，精选关键设备：25Kg真空感应炉熔炼，确保母材一纳米晶合金成分纯、准、匀，50Kg三包式旋铸机，确保制带过程工艺参数的准确调检，真空退火炉，建立以产品规格为特征的大型及小型真空退火装置，炉膛均温区长700～1000mm，炉温精确(波动≤3℃)，以上设备纳米晶铁芯的制作工艺纳米晶原料：铁、硼铁、结晶硅、铜和铌按组分比Fe∶Cu∶Nb∶Si∶B＝73.5∶1∶3∶13.5∶9真空熔炼、锭材非真空熔化、铸带、收卷、铁芯绕制、热处理退火，检测包装等流程，其特征在所述的纳米晶合金非真空熔化工序中纳米晶新料和经氧化过的本料混合使用(即经氧化过的纳米晶合金，下同)，经氧化过的本料比分≥20％，条带制成铁芯后的热处理退火工序设置孕育期预热过程和升温保温后的快冷技术，退火孕育期预热温度430℃～470℃，保温时间20～60分钟，后升温到500℃～565℃，保温60分钟，热处理后过程的快冷采取推开热源炉子，铁芯在炉旦中快冷。纳米晶铁芯设置护壳，护壳分成壳座、壳盖二部分，座盖合拢后设有防屏蔽的圈环，护壳材质采用金属铸铝，这样的纳米晶铁芯能达到初始磁导率μ0≥5万，磁饱和值Bs≤1.0T，纳米晶合金新料和经氧化过的本料混合使用，得到铁芯理想的励磁曲线和损耗角曲线能符合电流互感器使用要求，这是本发明的主要特征，其原理是(1)合金中Nb、Si经氧化后生成Nb2O3、SiO2等金属氧化物这些氧化物推入进去后，使合金整体偏离了准分成分，可以导致饱和磁感有所下降，(2)合金中带有氧化物颗粒后，使合金在热处理过程中，能促进纳米级颗粒的析出，有利于形成比较完善的纳米晶合金。纳米晶铁芯磁性稳定性实质是一个综合性的指标，它除了原料熔炼、制带因素外，铁芯制作后的热处理工序很为重要，热处理工序中预热、保温、升温、保温以及最后的推炉快冷工艺，保证这个工艺过程进行采用一条龙的生产作业线，关键设备的品质管理，严格按照上述工艺要求进行，它为稳定生产提供了重要依据，本发明设置的用金属铸铝制作的铁芯护壳，合理地解决了铁芯的应力及输送中振动、碰撞问题。
附图1为本发明一种电流互感器铁芯俯视图。
附图2为铁芯纵向截面的视图。
附图3为铁芯护壳座截面视图。
附图4为铁芯护壳盖截面视图。
附图5为本发明纳米晶合金铁芯B-H及B-μ曲线。
实施例：精密电流互感器铁芯按如下工艺流程进行生产，铁芯原料(铁、硼铁、结晶硅、铜及铌)，按组分配比Fe∶Cu∶Nb∶Si∶B＝73.5∶1∶3∶13.5∶9，真空熔炼。非真空炉熔化、铸带、收卷、铁芯绕制、真空退火、检测、包装、装箱出厂。一般地原料在定点厂，质量能有保证，原料在25kg真空感应炉中熔炼，铸锭17Kg，然后转入制带工段，合金锭在非真空感应炉加热熔化时，合金锭纳米晶新料与纳米晶经氧化过的本料混合使用，经氧化过的本料占30％，制成薄带厚度0.03～0.035mm，宽20～30mm，卷成铁芯尺寸Φ90×Φ130×20～30mm的铁芯，铁芯经真空退火热处理，孕育期温度450℃，保温40分钟，再升温至540℃，保温60分钟，后停电推开热源炉子，铁芯在炉旦内快冷得铁芯成品，铁芯护壳采用ZL104铸铝材料制成，护壳分为壳座(1)、壳盖(2)二部分组成，合拢后呈一个套桶体，接缝处形成防磁屏蔽的圈环(3)，护壳外直径Φ137mm，内直径Φ83mm，护壳座盖合拢后的高度H＝38mm。
本发明实现了超微晶材料的快速制带和优异物理特性纳米晶合金铁芯，本发明纳米晶铁芯与坡莫合金铁芯作比较，以220KV电流互感器为例，铁芯Φ210×Φ250×50mm，600安匝，列表如下： 表(1)输出25VA，精度0.2级，仪表保安因子Fs≤5产 品 重量 (Kg) Bs(T) Tc(k)工艺性 0.2级调装 Fs (≤) 合格率 价格 (元/只)本发明纳米晶铁芯 3.5 1.0 843好周期短 容易 5 高 1100坡莫合金铁芯 4.5 0.75 573不易周期长 可以 5 高 1700
由表(1)看出本发明纳米晶铁芯重量轻、价格比坡莫合金低1/3。
附图5为本发明产品的B-H及B-μ曲线，本发明产品与常规高导磁坡莫合金及超微晶合金励磁特性对比，列表如下： 表(2) B(Gs) H(mA/cm) H(moe) μ(×104) A5 P 专 A5 P 专 A5 P 专 100 1.43 0.9 0.9 1.787 1.125 1.125 5.6 8.9 8.8 1000 6.75 6.5 4 8.44 8.125 5 11.8 12.3 20 2000 9.64 11 6 12 13.75 7.5 16.6 14.5 26 4000 13.65 20 8 17 25 10 23.5 16 40 5000 16.3 35 9 20.4 43.75 11.25 24 11.5 44 6000 19.1 50 10 24 62.5 12.5 25 9.6 48 10000 69.6 - 89 87 - 111.25 11.5 - 9
注：A5：常规超微晶合金铁芯
P： 坡莫合金铁芯
专：本发明产品铁芯
由上表(2)可以看出①常规超微晶合金铁芯的μmax值对应磁感值为0.6T而本发明合金铁芯的μmax值亦对应磁感值为0.6T本发明的μmax却大大高于常规品μmax(即48×104对25×104)。②老产品坡莫合金铁芯的μmax值对应磁感值为0.4T，μmax值亦低于常规超微晶合金铁芯。
由附图5的B-H、B-μ曲线看，本发明产品的Bs不到1.0T，这有力保证了0.2级互感器铁芯Fs≤5的严格要求，而常规超微晶合金的Bs1.25～1.3T。
由此可见本发明提高了铁芯磁特性，简约工序、降低成本，本发明铁芯的Bs、Fc均优、静、动态磁特性使用稳定均佳，工装调试容易，生产周期短，能满足Fs≤5的要求。能于工业性规模生产，本发明产品电流互感器应用在110KV、220KV线路上，具有很好的社会、经济效益。